不同土地利用方式土壤重金属赋存与有机碳关联性分析

【目的】评估不同土地利用方式土壤重金属形态与有机碳（SOC）含量的相关性,为深入理解土壤负载SOC和重金属的环境地球化学行为,以及评价土壤环境和人类健康风险提供参考依据。【方法】测定海南省琼海市和定安县3种不同土地利用方式（水田、旱地和抛荒地）中不同形态重金属砷（As）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）以及SOC和矿物结合态有机碳（MAOC）含量,并对重金属形态含量、富集度、生物有效性及重金属与SOC和MAOC之间的关联性进行分析。【结果】不同土地利用方式土壤中重金属含量表现为:水田Cr>Zn>Pb>Cu>As,旱地Cr>Zn>Pb>As>Cu,抛荒地Cr>Zn>Cu>Pb>As;土壤重金属形态以残渣态存在为主;不同土地利用方式下重金属的富集程度存在明显差异,富集指数呈现:水田Cr>As>Cu>Zn>Pb,旱地As>Cr>Cu>Zn>Pb,抛荒地As>Cu>Cr>Zn>Pb;3种土地利用方式土壤中Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系数较小,处于较稳定的存在状态,生态潜在风险较小,而As对人体健康具有较大的潜在威胁。土壤中SOC和MAOC含量在3种土地利用方式下均表现为水田>抛荒地>旱地,土壤中SOC和MAOC含量与部分形态的Cr、Cu、Zn和Pb之间具有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）相关性。【结论】土地利用方式的改变不仅影响土壤理化性质,还对土壤中重金属的来源和性质以及有机物类型含量产生影响。不同土地利用方式土壤中部分重金属赋存形态含量与SOC和MAOC具有显著或极显著相关性（As除外）,对深入理解海南土壤污染状况、土壤自净能力与机制等方面具有重要理论意义,可为海南土壤质量提升及可持续利用提供理论支撑。     

基于高光谱的喀斯特地区典型农田土壤有机质含量反演

【目的】利用高光谱数据定量反演喀斯特地区土壤有机质含量,为喀斯特地区快速、大范围、实时地监测土壤有机质含量提供更多的技术手段。【方法】利用机载高光谱成像系统和便携式地物光谱仪分别获取土壤光谱数据,基于原始光谱反射率和不同光谱变换数据,分析其与土壤有机质含量的相关性,以偏最小二乘法建立模型预测土壤有机质含量。【结果】2种数据源都可以用于土壤有机质含量预测,其中,基于ASD光谱一阶微分变换建立的模型预测精度较高,验证集决定系数(Rv~2)为0.910,相对分析误差(RPD)为2.68;基于GS光谱二阶微分变换建立的模型预测效果较好,验证集Rv~2为0.772,RPD为1.49。【结论】ASD光谱与GS光谱建模预测精度相差较大,ASD光谱客观条件影响较小、光谱波段更宽、光谱分辨率更高,具有更好的预测能力;低空无人机获取的GS光谱也具有一定的预测能力。     

结合分数阶微分和异常值识别的土壤有机质高光谱反演研究

【目的 】结合分数阶微分和异常值识别,提高土壤有机质模型反演精度,实现土壤有机质含量的快速、准确估计。【方法 】文章以吉林省伊通县黑土区为研究区,基于实地采集的213个土壤样本和HyMap-C机载高光谱传感器获取高光谱影像,选择S-G函数和分数阶微分进行光谱预处理,竞争性自适应重加权采样（Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS）提取特征波段建立土壤有机质含量偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）反演模型,并使用蒙特卡洛交叉验证（Monte Carlo Cross-Validation,MCCV）进行异常值识别。【结果 】（1）将分数阶微分用于机载高光谱可以放大光谱特征,阶数越高、特征越明显,低阶分数微分对噪音不敏感;（2） CARS方法能有效压缩光谱信息;全样本建模中0.4阶分数阶微分CARS-PLSR建模表现较优,但总体精度仍然不高;（3）使用MCCV剔除异常值后,0.6阶分数阶微分CARS-PLSR建立的土壤有机质含量反演模型精度最高,训练集和测试集的均方误差分别为0.219%...     

水田改旱地和菜地后红壤酸度和养分变化特征

【目的】以红壤区典型县域祁阳为例,分析不同母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤酸度和养分含量变化特征,为该区合理利用土地防治酸化提供科学依据。【方法】选取18个点位,采集水田及相邻的旱地和菜地,分析土壤pH、交换性酸、交换性盐基离子、有机质、阳离子交换量和养分含量的变化及其相互关系。【结果】碱性母质发育的土壤pH均显著高于酸性母质发育的土壤。酸性母质发育的水田改为菜地后土壤pH降低了0.48个单位;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤pH分别降低了0.74和0.53个单位。双直线模型拟合分析表明,当水田、旱地和菜地的土壤pH分别低于5.88、5.78和5.63时,土壤交换性铝含量快速升高,且降低一个pH单位土壤交换性铝含量分别增加1.09、2.33和2.93 cmol(+)·kg^-1。酸性母质发育的水田改为旱地土壤有机质和全氮含量分别降低了11.06和0.42 g·kg^-1,而菜地无显著变化;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有机质和全氮含量均显著下降,降幅分别为13.88—17.28和0.57—0.71 g·kg^-1     

剑河县水田及旱地的土壤肥力特征与评价

【目的】为贵州剑河县及类似地区生产上合理施肥提供科学依据。【方法】采用变异系数法、相关性系数法及加权平均法探讨土壤全氮、有机质、碱解氮、速效钾、速效磷、全磷和全钾养分等养分指标对其肥力的影响,并利用改进内梅罗综合评价法结合3种方法权重系数均值评价水田及旱地土壤肥力。【结果】水田土壤的速效钾及旱地土壤的全磷水平较低,其余养分指标均为中上、高及很高水平;不同种植物旱地土壤6个样点碱解氮含量均很高,样点间全磷及速效钾含量波动较大,有机质含量波动较小;比较3种加权方法权重系数的平均值,水田及旱地肥力因子权重系数均是有效磷最大,分别为0.2710和0.2358,有效磷是影响水田及旱地土壤肥力的主要因素,土壤肥力指数分别为1.52和1.63,其土壤综合肥力均为肥沃水平。【结论】剑河县水田及旱地土壤肥力均为肥沃水平,有效磷是影响水田及旱地土壤肥力的主要因素;水田及旱地土壤的氮含量均较高,可满足农作物生产需求,生产上应减少氮肥的施用量;水田土壤的钾含量较低,应采取相应施肥措施提高水田土壤的钾素供应水平。     

基于GF-1土壤有机质含量估测的研究

【目的】本试验利用GF-1遥感影像估测土壤有机质含量。【方法】该文对扶余市耕作区土壤进行采样,在实验室化验土壤样品的有机质含量,分析GF-1各波段反射率及其变换形式与土壤有机质含量的相关性,确定有机质的敏感波段,建立土壤有机质含量的单波段与多波段估测模型,旨在通过比较估测模型的精度和稳定性,确定研究区土壤有机质含量的最优估测模型。【结果】F-1各波段反射率与有机质含量均呈显著负相关,且在第3波段达到最大值,其相关系数为-0.805,均方根误差为0.362;将反射率进行幂、指数变换以后可以有效提高与有机质含量的相关性,相关系数分别提高至-0.886和-0.872,均方根误差下降至0.283和0.342;利用前3个波段反射率指数变换建立起的多元估测模型,模型判定系数R~2达到0.851,检验样本的均方根误差降低至0.172,表明此模型的估测精度较高、稳定性较好。【结论】GF-1遥感影像可以作为估测土壤有机质含量的遥感数据源,并为使用GF-1遥感影像估测土壤成分等方面的研究提供参考。     

土壤有机质高光谱特征与波长变量优选方法

【目的】探究土壤有机质的高光谱特征及响应规律,优选土壤有机质的敏感波长,降低土壤有机质高光谱估测模型复杂度,提高模型稳健性,为利用高光谱技术对农田土壤肥力的定量监测提供理论支撑。【方法】采集江汉平原潮土土样130个,将其中40个样本作为训练集,测量其去有机质前、后的土壤有机质含量及光谱数据,计算差值及变化率,分析土壤有机质含量变化对光谱特征的影响,结合无信息变量消除(uninformative variables elimination,UVE)、竞争适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)变量优选方法确定土壤有机质敏感波长;采用45个建模集样本,基于偏最小二乘回归(partial Least Squares Regression,PLSR)和反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)建立土壤有机质含量的估算模型;利用45个验证集样本检验敏感波长对同类土壤的适用性。【结果】通过有机质去除试验,供试土壤的平均光谱反射率在全波段均有所增加,在可见光波段变化率高于近红外波段;比较UVE、CARS、UVE-CARS、CARS-UVE这4种变量优选方法,得到最佳变量优选方法为UVE-CARS,该方法从2001个波长变量中优选得到84个变量作为土壤有机质的敏感波长,分布于561—721、1 920—2 280 nm波段覆盖范围;基于敏感波长的PLSR、BPNN模型性能均优于全波段模型,其中,基于敏感波长的BPNN模型的估测能力高于PLSR,模型验证集R~2、RMSE、RPD、MAE、MRE值分别为0.74、1.33 g·kg~(-1)、2.02、1.04 g·kg~(-1)、6.2%,可实现土壤有机质含量的有效估测。【结论】通过训练集获得的土壤有机质敏感波长,能够实现对该试验区同种土壤类型样本土壤有机质含量的有效估测;利用去有机质试验结合变量优选方法确定的敏感波长建模,不仅将输入波长压缩至全波段波长数目的 4.2%,而且提升了模型估测精度,降低了变量维度和模型复杂度,为快速准确评估农田土壤有机质含量提供了新途径。     

贵州典型岩溶区土地利用对土壤有机碳及微生物量碳的影响

为喀斯特岩溶区的土地合理开发利用提供参考依据,采用LSD法多重比较分析贵州普定喀斯特生态系统观测研究站内不同生态系统(水田、旱地、园地、林地、灌丛和草地)的典型样地土样(0～20cm)的土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(SMBC)和可溶性有机碳(DOC)含量及其相互关系。结果表明:岩溶区不同的土地利用方式显著影响SOC、SMBC、DOC的累积和SMBC/SOC;SOC含量以林地最高,为36.18g/kg,草地最低,为20.20g/kg,林地和灌丛SOC含量显著高于园地、旱地和草地;水田、园地和旱地SOC显著高于草地;DOC含量,水田和林地的分别为40.06mg/kg和39.94mg/kg,均显著高于其余土地利用类型,灌丛的为34.18mg/kg,显著高于园地、旱地和草地,除水田和林地之外,其余土地利用方式间均达显著差异;SMBC含量,园地灌丛林地水田草地旱地,园地最高,为355.32mg/kg,旱地最低,为121.38mg/kg,不同土地利用方式间存在极显著差异;园地的SMBC/SOC最高,为1.22%,旱地的最低,仅为0.40%;SOC与SMBC、DOC均存在极显著正相关关系;植树造林与降低人为活动更有利于SOC的积累,SMBC含量和DOC含量可更敏感地反映SOC含量的动态变化。     

土壤有机质含量的高光谱特性及其反演

【目的】应用高光谱技术阐释土壤有机质光谱规律及对有机质在土壤中的含量进行定量分析，为土壤肥力测定和评价提供指导。【方法】利用ASD FieldSpec Pro地物光谱仪在自然环境条件下对不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量。通过对获取的土壤样品高光谱反射率进行倒数、导数、对数和标准化比值变换，运用统计单相关方法进行分析。【结果】确定了511 nm波长为诊断土壤有机质含量的敏感波段，采用450～750 nm可见光波段反射率均值对507～516 nm敏感范围反射率均值进行标准化比值处理后获得的有机质诊断指数（OII）对土壤有机质含量的估算精度较高，它们存在着简单的线性相关关系。【结论】土壤有机质诊断指数（OII）反演模型为土壤肥力的快速测定提供了新的途径。     

基于地理加权回归模型的绿洲土壤表层有机质含量高光谱估算

【目的】研究利用高光谱数据估算土壤表层有机质含量,为绿洲区大范围,快速,低成本,监测土壤表层有机质含量提供技术参考。【方法】以新疆博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,采用地理加权回归模型,优选高光谱数据与土壤有机质含量的特征波段,构建研究区表层土壤有机质含量的高光谱估算模型。【结果】研究区表层土壤有机质含量变化不大,变化系数为55%,最小值为2.37 g/kg,最大值为51.47 g/kg,平均值为21.20 g/kg。土壤有机质特征波段主要集中在645~1 958 nm,其中1/R二阶的相关系数值最大为0.73,且在P=0.05水平下,通过显著性检验的波段数为83。构建的地理加权回归模型中,二维土壤指数1/R RSI建模效果最优,建模集R²=0.91,RMSE=2.56,验证集R²=0.95,RMSE=1.10。【结论】利用地理加权回归模型估算土壤有机质估算,建模效果可以达到一定的精度要求。     

不同类型土壤的光谱特征及其有机质含量预测

 【目的】构建适合土壤有机质含量估测的高光谱参数及定量反演模型。【方法】系统分析中国中、东部地区5种不同类型土壤风干样本有机质含量与350～2 500 nm波段范围高光谱反射率之间的关系,利用特征光谱参数和BP神经网络建立土壤有机质的定量估测模型。【结果】光谱一阶导数构成的两波段光谱参数与土壤有机质含量的相关性明显优于原始光谱,尤其采用Norris平滑滤波后导数光谱效果更好。光谱参数构成形式以差值指数最好,其次为比值和归一化指数。与土壤有机质含量相关程度最高的光谱参数是由可见光区554 nm和近红外区1 398 nm两个波段的一阶导数组合而成的差值指数DI(D554,D1398),两者呈显著指数曲线关系,拟合方程为y= 184.2 ×exp[-1297×DI(D554,D1398)],决定系数为0.90。经不同类型土壤的观测资料检验,模型预测决定系数为0.84,均方根误差RMSE为3.64,相对分析误差RPD为2.98,显示估测模型具有较好的预测精度。另外,利用BP神经网络结合偏最小二乘法(PLS)对导数光谱进行分析,提取贡献率达到99.56 %的前6个主成分建立了三层BP 神经网络模型,模型决定系数为0.98,经不同类型土壤的观测资料检验,模型预测决定系数为0.96,RMSE为2.24,相对偏差RPD为4.83。比较利用DI(D554,D1398)和BP网络进行土壤有机质含量的预测结果,前者精度低于后者,但可以满足土壤有机质监测的需要。【结论】利用差值光谱指数DI(D554,D1398)和BP神经网络模型均可实现对土壤有机质的精确估测。     

基于地貌类型的土壤有机质多光谱遥感反演

该文基于地貌类型分析土壤有机质含量与多光谱遥感影像光谱波段之间相关关系,并构建不同地貌类型区有机质含量反演模型.结果表明,各波段光谱反射率与土壤有机质含量均呈负相关关系;利用SPSS软件对所有波段进行剔除变量(remove)线性回归分析,当全部波段参与构建反演模型时,一次反演模型拟合效果较好.分地貌类型区构建土壤有机质反演模型精度高于整个区域反演模型精度,与实际值对比,当允许误差为7％时,土壤有机质含量识别度为91.65％.基于地貌类型构建土壤有机质含量反演模型提取研究区土壤有机质含量是切实可行的,且精度较高.     

基于地貌类型的土壤有机质多光谱遥感反演（英文）

该文基于地貌类型分析土壤有机质含量与多光谱遥感影像光谱波段之间相关关系,并构建不同地貌类型区有机质含量反演模型。结果表明,各波段光谱反射率与土壤有机质含量均呈负相关关系;利用SPSS软件对所有波段进行剔除变量(remove)线性回归分析,当全部波段参与构建反演模型时,一次反演模型拟合效果较好。分地貌类型区构建土壤有机质反演模型精度高于整个区域反演模型精度,与实际值对比,当允许误差为7%时,土壤有机质含量识别度为91.65%。基于地貌类型构建土壤有机质含量反演模型提取研究区土壤有机质含量是切实可行的,且精度较高。     

黔东南低中山丘陵地区典型小流域土壤理化性质研究

采用实地调查野外取样和实验室检测分析的方法,以方祥乡方祥河小流域为例研究了贵州省黔东南低中山丘陵地区典型小流域内不同土地利用方式下土壤理化性质的空间变化及剖面含量分布。结果表明,该小流域内土壤质量较高,有机质含量及土壤中氮磷钾等元素含量均较丰富。从土地利用类型看,土壤耕作层孔隙度、田间持水量和平均有机质含量大小顺序为水田林地旱地,氮素和磷素的含量分布状况与有机质含量分布相一致。耕作层中全钾含量的大小顺序为林地旱地水田,速效钾含量的大小顺序为水田旱地林地。从空间分布看,容重变化为上游中游下游;土壤总孔隙度、田间持水量及土壤养分含量的空间变化趋势均呈现出下游中游上游。本研究为土壤资源管理和进一步实现该小流域土地可持续经营提供了科学依据。     

不同土地利用方式典型紫色土的肥力特征

为了解不同土地利用方式下重庆地区典型紫色土壤的肥力特征,采集重庆地区旱作地、水旱轮作和水田3种土地利用方式侏罗系时期形成的典型紫色土共354个,进行养分分析。结果表明:不同土地利用方式下,土壤中有机质、氮素和微量元素(硼除外)含量在水田中最高,旱作地中最低;旱作地的有效磷含量最高,是水田的1.8倍;全钾和速效钾含量在各土地利用方式下含量无明显差异。不同土壤类型微量元素含量各不相同,以自流井组暗紫泥中含量最高。不同土地利用方式土壤有机碳、氮库含量及碳氮比大小关系表明,水田利用方式最有利于土壤有机碳氮的积累,但积累速率并非同步。由此可见,水田是重庆紫色土保持土壤肥力质量的最佳土地利用方式。     

老挝中部不同利用方式土壤养分状况分析

[目的]了解老挝中部不同利用方式土壤养分状况,为农业生产中合理施肥提高作物产量及提高土壤可持续生产力提供科学依据.[方法]在老挝中部采集3不同利用方式(水田、旱地、荒地)土壤样品,测定土壤pH值,分析其土壤有机质含量、大量元素、微量元素和中量元素含量.[结果]土壤有机质含量大小顺序为旱地>水田>荒地,土壤pH与之相反.荒地的土壤速效养分及全量养分含量均为最高.水田土壤的有效铜和有效铁含量最高,有效锌、有效锰和有效硼及交换性钙、镁则以旱地土壤含量最高.[结论]老挝中部地区土壤均呈酸性,总体肥力较低,不同利用方式土壤养分状况差别也较大.     

基于高光谱的土壤有机质含量预测模型的建立与评价

 【目的】土壤有机质含量是反映土壤肥力的重要特征，利用高光谱技术对有机质（OM）含量进行定量化反演为土壤信息化管理和资源评价提供了重要的依据。【方法】利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱，分析了不同区域范围土壤光谱反射率曲线形状变化和土壤有机质含量的变化特点，并针对东北地区以黑土为主的土样光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行了相关性分析。【结果】结果表明，有机质含量较高的黑土的光谱曲线与其它土壤类型的光谱曲线在形状上有很大差异，即在600～900 nm附近，以黑龙江土样为代表的东北黑土表现为直缓上升，而河南和山东的潮土则表现为曲陡上升。相关分析结果表明，土壤有机质含量与原始光谱反射率在545～830 nm呈显著负相关，其中在580～738 nm波段范围内达到极显著负相关。与一阶导数光谱相关性进一步增强，在481～598 nm呈现极显著负相关，而在816～932 nm和1 039～1 415 nm波段范围内具有极显著的正相关性。土壤有机质含量与部分波段处的吸收深度和反射峰高度也表现为不同程度的相关性。【结论】利用570～590 nm波段的一阶导数光谱和1 280 nm处反射峰高度P_Depth1280可以较好地预测东北主要土壤类型有机质含量。在此基础上建立了土壤有机质含量的高光谱反演模型并进行了验证。     

浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的比较研究

利用近期调查的耕地地力数据,比较研究了浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的差异。结果表明:红壤丘陵区旱地与水田土壤均呈现显著的酸化,两者pH值低于5.5的土壤比例均在60%以上,且旱地的土壤酸度大于水田;两种利用方式土壤的有机质和全氮平均含量均属中下水平,且水田的土壤有机质和全氮平均含量分别比旱地高17.05%和7.45%;旱地的土壤有效磷和速效钾平均含量分别比水田高82.61%和58.79%;与自然红壤相比,水田的土壤有机质、全氮、有效磷含量和pH值呈现上升趋势,速效钾含量呈现显著的下降,而旱地的土壤全氮、有效磷和速效钾含量呈现上升趋势,有机质含量和pH值呈现下降。     

浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的比较研究

利用近期调查的耕地地力数据,比较研究了浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的差异。结果表明:红壤丘陵区旱地与水田土壤均呈现显著的酸化,两者pH值低于5.5的土壤比例均在60%以上,且旱地的土壤酸度大于水田;两种利用方式土壤的有机质和全氮平均含量均属中下水平,且水田的土壤有机质和全氮平均含量分别比旱地高17.05%和7.45%;旱地的土壤有效磷和速效钾平均含量分别比水田高82.61%和58.79%;与自然红壤相比,水田的土壤有机质、全氮、有效磷含量和pH值呈现上升趋势,速效钾含量呈现显著的下降,而旱地的土壤全氮、有效磷和速效钾含量呈现上升趋势,有机质含量和pH值呈现下降。     

淮北矿区有机质含量反演

高光谱遥感能提供精细的光谱,具有弱信息诊断能力,在土壤微量成分反演表现出巨大的潜力。本文以安徽省淮北某矿为例,采集不同深度土壤样本,在实验室测定了样本有机质含量及光谱,并对土壤样本光谱进行预处理;在对光谱进行一阶微分、二阶微分和吸光率等变换后,用交换检验法在87个样本中,58个样品做训练集,27个做验证集,确定了用于矿区土壤有机质反演的敏感波段,即531nm、581nm、1399nm、1432nm波段,运用偏最小二乘法建立了反演模型,并分析了建模及预测精度。实验结果表明,文中方法可行,可为矿区土壤有机质反演提供参考。